La extraña comparación de la formación de enanas y de las primeras galaxias: ¿como un motor diésel o gripado?

Por extraño que pueda parecer a veces una comparación cotidiana puede servir de ejemplo claro a lo que se quiere decir, mucho más cuando se trata de materia científica y, en el caso que nos ocupa, en el terreno de la astrofísica.

Así es como un grupo de astrofísicos del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), junto a otros científicos de diferentes nacionalidades como del Reino Unido, México y Chile, buscan respuestas a las iniciales estrellas y estructuras formadas en el Universo.

Es una labor compleja que se apoya en el análisis de datos del proyecto más ambicioso realizado con el Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Gran Telescopio Canarias (GTC), es el denominado como programa Frontier Fields.

De esta forma se saben ya los primeros resultados que se acaban de publicar en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). En este estudio una de las preguntas más interesantes que se trata de encontrar su respuesta es como durante décadas es, y cuándo, se formaron las primeras galaxias.

Opciones de formación

El esa formación se plantea la posibilidad de la formación de las primeras estrellas dentro de las galaxias que comenzaran a un ritmo constante, lentamente “edificando” un sistema cada vez más masivo.

Como opción alternativa esta que fuera una formación violenta y discontinua, con brotes de formación estelar intensos pero de corta duración, desencadenados por eventos como fusiones de galaxias y acumulaciones de gas amplificadas.

De esta forma Pablo G. Pérez González, coautor del trabajo, perteneciente al Centro de Astrobiología (CAB / CSICINTA) en España, y líder de la colaboración internacional detrás de este estudio, indicaba que “la formación de galaxias se puede comparar con un coche. Las primeras galaxias podrían haber tenido un motor de formación de estrellas ‘diésel’, sumando nuevas estrellas lenta pero continuamente, sin mucha aceleración y convirtiendo pausadamente el gas en estrellas relativamente pequeñas durante largos períodos de tiempo. O la formación podría haber sido desigual, como un motor gripado, con brotes de formación estelar que produjeron estrellas increíblemente grandes, capaces de deformar la propia galaxia y hacerla cesar su actividad por un tiempo o para siempre. Cada escenario está vinculado a diferentes procesos, como las fusiones de galaxias o la influencia de los agujeros negros supermasivos, y tienen un efecto sobre cuándo y cómo se formaron elementos como el carbono o el oxígeno, que son esenciales para nuestra vida”.

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Se trataron de buscar galaxias que fuera similares a la nuestra en su formación, así Alex Griffiths, de la University of Nottingham y primer autor de este artículo, detallaba: “Hasta que no tengamos el nuevo telescopio espacial James Webb no podremos observar las primeras galaxias formadas en el Universo, son demasiado débiles. Así que buscamos bestias similares en el Universo cercano y las diseccionamos con los telescopios más potentes que tenemos actualmente”.

Telescopios avanzados

La línea que se siguió en este trabajo fue una combinación de potencia de los telescopios más avanzados, como HST y GTC, y otros “telescopios naturales”. Chris Conselice, coautor del artículo y supervisor de la tesis doctoral de Griffiths, decía al respecto de la estrategia: “Algunas galaxias viven en grandes grupos, los llamamos cúmulos, que contienen enormes cantidades de masa en forma de estrellas, pero también de gas y materia oscura. Su masa es tan grande que curvan el espacio-tiempo, y actúan como telescopios naturales. Estas llamadas lentes gravitacionales nos permiten ver galaxias débiles y distantes con mayor brillo y mayor resolución espacial, es como si tuviéramos una lupa construida por el propio Universo”.

Las observaciones de este tipo de cúmulos masivos que actúan como telescopios gravitacionales son la base del proyecto Frontier Fields, considerado como el más ambicioso programa del Hubble.

En el trabajo publicado en MNRAS combinaba el poder de lente gravitacional de algunos de los cúmulos de galaxias más masivos del Universo con los datos excepcionales de GTC provenientes de un proyecto titulado Survey for high-z Red and Dead Sources (SHARDS), con el fin de localizar y estudiar algunas de las galaxias más pequeñas y débiles del universo cercano.

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“Pudimos encontrar análogos a las primeras galaxias gracias a los datos SHARDS, que son de una calidad excepcional, combinándolos con los datos del Telescopio Espacial Hubble, para detectar gas caliente calentado por estrellas recién formadas en galaxias muy pequeñas. Este gas caliente emite en ciertas longitudes de onda, lo que llamamos líneas de emisión, en un proceso igual al que ocurre en una lámpara de neón. El análisis de estas líneas de emisión puede darnos una idea muy precisa de la formación y evolución de una galaxia”, indican los autores de este interesante trabajo.

“Las observaciones de SHARDS Frontier Fields realizadas con GTC han proporcionado los datos más profundos jamás tomados para el descubrimiento de galaxias enanas a través de sus líneas de emisión”, matizaba Pérez-González.

“Nuestro principal resultado es que el inicio de la formación de galaxias es irregular, como el motor de un automóvil que da tirones o directamente gripado, con períodos de formación de estrellas muy violenta seguidos de intervalos donde la galaxia parece dormida”, indica el doctor Griffiths.

“Es poco probable que las fusiones de galaxias hayan jugado un papel sustancial en el desencadenamiento de estos brotes de formación estelar y es más probable que se deba a otras causas que aumentaron la acumulación de gas, tenemos que indagar más” concluyen los autores del trabajo.